Co to jest przenikalność magnetyczna (mu)

Z wieloletniej praktyki technicznej wiemy, że indukcyjność cewki jest silnie uzależniona od charakterystyki środowiska, w którym znajduje się cewka. Jeśli do cewki z drutu miedzianego o znanej indukcyjności L0 dodamy rdzeń ferromagnetyczny, to w innych wcześniejszych okolicznościach prądy samoindukcji (dodatkowe prądy zamykania i otwierania) w tej cewce wzrosną wielokrotnie, eksperyment potwierdzi, co będzie oznaczać kilkukrotnie zwiększyć indukcyjnośćco teraz będzie równe L.

Obserwacja eksperymentalna

Załóżmy, że ośrodek, czyli substancja wypełniająca przestrzeń wewnątrz i wokół opisywanej cewki, jest jednorodny i jest generowany przez prąd płynący przez jej przewodnik, pole magnetyczne zlokalizowane tylko na tym konkretnym obszarze bez wychodzenia poza jego granice.

Jeśli cewka ma kształt toroidalny, kształt zamkniętego pierścienia, to ośrodek ten wraz z polem będzie skoncentrowany tylko w objętości cewki, ponieważ poza toroidem praktycznie nie ma pola magnetycznego.Ta pozycja obowiązuje również dla długiej cewki - solenoidu, w którym wszystkie linie magnetyczne są również skupione wewnątrz - wzdłuż osi.

Załóżmy na przykład, że indukcyjność jakiegoś obwodu lub cewki bezrdzeniowej w próżni jest równa L0. Następnie dla tej samej cewki, ale już w jednorodnej substancji wypełniającej przestrzeń, w której występują linie pola magnetycznego danej cewki, niech indukcyjność będzie wynosić L. W tym przypadku okazuje się, że stosunek L / L0 to nic innego jak względna przenikalność magnetyczna określonej substancji (czasami nazywana po prostu „przepuszczalnością magnetyczną”).

Staje się oczywiste: przenikalność magnetyczna to wielkość charakteryzująca właściwości magnetyczne danej substancji. Często zależy to od stanu materii (i warunków środowiskowych, takich jak temperatura i ciśnienie) oraz jej natury.

Zrozumienie terminu

Wprowadzenie terminu „przepuszczalność magnetyczna” w odniesieniu do substancji w polu magnetycznym jest podobne do wprowadzenia terminu „stała dielektryczna” w odniesieniu do substancji w polu elektrycznym.

Wartość przenikalności magnetycznej, wyznaczoną powyższym wzorem L / L0, można również wyrazić jako stosunek bezwzględnych przenikalności magnetycznych danej substancji do absolutnej pustki (próżni).

Łatwo zauważyć: względna przenikalność magnetyczna (znana również jako przepuszczalność magnetyczna) jest wielkością bezwymiarową. Ale absolutna przenikalność magnetyczna — ma wymiar Hn/m, taki sam jak przenikalność magnetyczna (absolutna!) próżni (jest to stała magnetyczna).

W rzeczywistości widzimy, że środowisko (magnetyczne) wpływa na indukcyjność obwodu, a to wyraźnie pokazuje, że zmiana środowiska prowadzi do zmiany strumienia magnetycznego Φ przenikającego przez obwód, a zatem do zmiany indukcji B , przyłożony do każdego punktu pola magnetycznego.

Fizyczny sens tej obserwacji polega na tym, że dla tego samego prądu cewki (przy tym samym natężeniu magnetycznym H) indukcja jej pola magnetycznego będzie pewną liczbę razy większa (w niektórych przypadkach mniejsza) w substancji o przenikalności magnetycznej mu niż w pełna próżnia.

Jest tak, ponieważ ośrodek jest namagnesowany, a on sam zaczyna posiadać pole magnetyczne.Substancje, które można namagnesować w ten sposób, nazywane są magnesami.

Jednostką miary absolutnej przenikalności magnetycznej jest 1 H/m (henr na metr lub niuton na amper do kwadratu), czyli jest to przenikalność magnetyczna takiego ośrodka, w którym przy napięciu pola magnetycznego H 1 A/m a występuje indukcja magnetyczna 1 T.

Fizyczny obraz zjawiska

Z powyższego wynika, że ​​różne substancje (magnesy) są namagnesowane pod działaniem pola magnetycznego pętli prądowej iw rezultacie otrzymuje się pole magnetyczne, które jest sumą pól magnetycznych — polem magnetycznym namagnesowanego ośrodka plus pętla prądowa, dlatego różni się wielkością od obwodów polowych tylko prądowych bez medium. Przyczyna namagnesowania magnesów leży w istnieniu najmniejszych prądów w każdym z ich atomów.

Ze względu na wartość przenikalności magnetycznej substancje dzieli się na diamagnetyki (mniej niż jeden — namagnesowane w stosunku do przyłożonego pola), paramagnetyki (więcej niż jeden — namagnesowanie w kierunku przyłożonego pola) i ferromagnetyki (znacznie więcej niż jeden — namagnesowane i mają namagnesowanie po dezaktywacji przyłożonego pola magnetycznego).

Ferromagnesy charakteryzują się histerezadlatego pojęcie „przepuszczalności magnetycznej” w czystej postaci nie ma zastosowania do ferromagnesów, ale w pewnym zakresie namagnesowania, w pewnym przybliżeniu, można wyróżnić liniową część krzywej namagnesowania, dla której będzie można obliczyć przenikalność magnetyczna.

W nadprzewodnikach przenikalność magnetyczna wynosi 0 (ponieważ pole magnetyczne jest całkowicie wypierane przez ich objętość), a bezwzględna przenikalność magnetyczna powietrza jest prawie równa mu próżni (odczytaj stałą magnetyczną). Dla powietrza mu wynosi nieco więcej niż 1.